Факторы метаморфизма

Главные факторы метаморфизма — температура, давление и флюиды. Температура является важнейшим фактором метаморфизма, определяемым геотермическим градиентом. Величина геотермического градиента (увеличение температуры на каждые 100 м глубины) зависит от величины теплового потока и теплопроводности пород и варьирует от 6 до 150 °C и более на 1 км. Наибольшие значения градиента отмечаются в осевых зонах срединно-океанических хребтов, а наименьшие — на щитах древних кратонов.

Тепловой поток складывается из следующих составляющих: энергии гравитационного сжатия; тепла, генерируемого радиоактивным распадом элементов; теплового потока, поступающего из мантии; тепла при внедрении магматических расплавов. Повышение температуры увеличивает скорость химических реакций, интенсивность процессов перекристаллизации с образованием более крупнозернистых структур, способствует дегидратации (обезвоживанию) с появлением высокотемпературных минеральных ассоциаций, лишенных конституционной воды и декарбонатизации известняков. Температурный интервал, в пределах которого происходят метаморфические преобразования, по данным разных исследователей, варьирует от 200 °С до 1000—1100°С.

Давление — второй важный фактор метаморфизма. Давление оценивается в барах или килобарах (1 бар = 0,1 МПа = 0,987 атмосферы; 1 кбар = 0,1 ГПа) и варьирует в пределах от 2,5 до 12 кбар. Различают два типа давления: всестороннее (литостатическое) и одностороннее (стресс). Литостатическое давление — давление вышележащих толщ, увеличивающееся с глубиной, которое в зависимости от плотности перекрывающих пород меняется от 0,26 до 0,32 кбар/км. Это давление способствует уменьшению объема пород и образованию минералов с более плотной упаковкой. Также оно увеличивает температуры плавления минералов, а при высоком литостатическом давлении породы переходят в пластичное состояние. Величина литостатического давления определяется не только массой вышележащих толщ, но и процессами направленного сжатия.

Стресс — направленное одностороннее давление — проявляется в верхних частях складчатых зон земной коры, с глубиной ослабевает и на глубине свыше 10 км практически отсутствует. Стресс вызывает механические деформации горных пород, способствуя их дроблению, рассланцеванию, что в свою очередь повышает их инфильтрационные свойства. Возрастание степени инфильтрации ведет к увеличению циркуляции метаморфических растворов и повышению растворимости минералов, способствуя их перекристаллизации.

Флюиды. К ним относятся H2O, CO2, CH4, H2, H2S, SO2 и др. Роль флюидов в метаморфизме чрезвычайно велика: они участвуют в процессах тепло- и массообмена, перенося тепло и химические элементы в химических реакциях замещения минералов, проходящих в твердой фазе с растворением одних минералов и одновременным ростом других.